پرینت سه‌بعدی سرامیک و کاربردهای آن در صنایع
پرینت سه‌بعدی یک روش تولید منحصر به فردی‌ست که امکان تولید ساختارهای بسیار پیچیده و دقیقی را فراهم می‌سازد که تحقق آنها با استفاده از روش‌های ساخت سنتی مانند ماشین‌کاری یا به عبارتی ساخت کاهشی بسیار دشوار است. تحقیقات گسترده در راستای استفاده از تکنولوژی چاپ سه‌بعدی در نهایت ما را با یکی دیگر از سیستم‌های کاربردی صنعت ساخت افزودنی یعنی پرینترهای سه‌بعدی سرامیک روبرو نمود که از آنها برای چاپ سه‌بعدی سرامیک استفاده می‌شود.
پرینت سه‌بعدی سرامیک و انواع آن
مواد سرامیکی خصوصیات منحصر به فردی دارند که پرینت سه‌بعدی جذابیت آن را دوچندان می‌کند. چاپ سه‌بعدی سرامیک تنها بخشی از مراحل تولید سرامیک به این شیوه است که البته در مقایسه با روش‌های سنتی ساخت، فرایند زمان‌بری نیست. قطعاتی که چاپگرهای سه‌بعدی سرامیک تولید می‌کنند به «قطعات سبز» معروفند. به این معنی که باید مراحل سنگین پردازش را طی کنند تا به فرم نهایی خود برسند.
۴ روش عمده‌ی چاپ سه‌بعدی سرامیک شامل:
- Extrusion: در این حالت خمیری از خاک رس از طریق یک نازل روی صفحه‌ی چاپ، اکسترود می‌شود و قطعات لایه‌به‌لایه روی هم چاپ می‌شوند.
- Binder jetting: در این مورد چاپگرهای سه‌بعدی لایه‌های ماده‌ی اتصال‌دهنده را روی لایه‌های پودر سرامیک رسوب می‌دهند.
- Powder Sintering: سرامیک به شکل پودر است و لایه به لایه پخته می‌شود.
- Photopolymerization: یک منبع نوری، رزین و لایه‌های پودر سرامیک را منجمد می‌کند.
مزایای چاپ سه‌بعدی سرامیک
- ساخت قطعات با دقت بالا و سطح صاف
- مقاوم در برابر اسید و گرما
- عایق الکتریکی خوب
- سازگار با محیط زیست
- مقرون به صرفه برای تولید قطعات در مقیاس کم
- صرفه‌جویی در زمان
کاربردهای پرینتر سه‌بعدی سرامیک
مواد سرامیکی به دلیل ویژگی‌هایی چون مقاومت و استحکام بالا، تراکم پایین، پایداری شیمیایی، عایق الکتریکی و مقاومت بالا در برابر سایش و خوردگی در صنایع گوناگونی از جمله هوافضا، خودرو، شیمی، برق، محیط‌زیست، پزشکی، هنر و … کاربرد دارند. صنایعی که پرینت سه‌بعدی سرامیک در آن ظهور بیشتری پیدا کرده عبارتند از:
صنعت هوافضا
یکی از کاربردهای پرینت سه‌بعدی سرامیک، استفاده از آن در صنعت هوافضا است. قطعات بسته به موقعیت نسبی‌شان نسبت به خورشید دچار تغییرات دمایی شدید در فضا می‌شوند. بنابراین مهم است که مواد در این تغییرات دمایی، منبسط و منقبض نشوند. سرامیک به دلیل چگالی پایینی که دارد برای ارسال به فضا ایده‌آل است. علاوه بر آن هزینه‌ی ارسال هر چیزی به فضا مستقیما تحت تاثیر وزن آن است.
حمل و نقل هوایی
یکی از ویژگی‌های سرامیک که آن را برای چاپ سه‌بعدی مناسب می‌سازد، مقاومت بالای آن در برابر سایش و گرما است. بنابراین می‌توان آن را در اجزای مختلف هواپیما استفاده کرد. به عنوان مثال شاتل فضایی ناسا نیز برای جلوگیری از سوختن با صفحات سرامیکی پوشانده می‌شود.
خودرو
نوسانات دما، لرزش، رطوبت، مواد شیمیایی و روغن‌های مختلف از جمله چالش‌هایی است که هر خودرویی با آن روبروست. استفاده از سرامیک به دلیل دارا بودن سختی بالا، در تولید خودرو یکی از پرکاربردترین موارد مصرف آن است. از این‌رو از پرینت سه‌بعدی سرامیک در ساخت شمع، ترمز، سنسور و فیلتر اتومبیل استفاده می‌شود.
پزشکی
اینکه سرامیک سبک، بادوام و زیست‌سازگار است آن را به مادهای عالی برای صنایع پزشکی و جراحی تبدیل می‌کند. طوری‌که برای ایمپلنت، ساخت ابزار، راهنمای جراحی و تجهیزات شخصی بسیار مناسب است. همچنین بیماران از ایمپلنت‌های سفارشی ساخته شده از فسفات کلسیم، مادهای که بسیار نزدیک به ترکیب استخوان انسان است بهره‌مند می‌شوند.
انرژی
مقاومت سرامیک در برابر سایش، عایق الکتریکی و خصوصیات مکانیکی آن باعث شده تا در محیط نیروگاهها و سیستم‌های تولید و توزیع برق از آن استفاده شود.
مهندسی برق
بسیاری از اجزای الکتریکی باید در محیط‌‌هایی مانند سنسورهای موجود در موتورها و کوره‌ها و محفظه‌های خلا کار کنند. استفاده از سرامیک در این اجزا به دلیل مقاومت بالا گزینه‌ی بسیار مناسبی است.
بهترین چاپگرهای سه‌بعدی سرامیکی
DeltaBots 3D PotterBot Series
یکی از اولین چاپگرهای سه‌بعدی اختصاصی است که به طور خاص برای صنعت سفالگری طراحی شده است. این چاپگرها مقدار زیادی از مواد سرامیکی رقیق نشده را از طریق اکسترودر خارج می‌کنند و امکان چاپ سه‌بعدی دقیق با آنها فراهم است. پرینترهای سری 3D PotterBot برای ظروف سرامیکی بزرگ طراحی شده‌اند و می‌توانند تا ارتفاع حدود یک متر را کاملا چاپ کنند. تاکنون ۶ چاپگر سرامیک از این مدل ساخته شده است.
Delta WASP 2040 & 40100 Clay
سازنده چاپگر سه‌بعدی ایتالیایی WASP با پرینترهای سه‌بعدی بزرگ دلتا شناخته شده‌اند. این پرینترهای سه‌بعدی سرامیک برای ساخت خانه و پناهگاهها در کشورهای در حال توسعه خبرساز شدند. دقیق‌ترین چاپ سه بعد سرامیکی توسط این چاپگرها ارائه می‌شود.
StoneFlower 3.0
این چاپگر سه‌بعدی سرامیک برای نمونه سازی اولیه و تولیدات کوچک برای طراحی، هنر و معماری گزینه‌ی مناسبی است. StoneFlower 3.0 به یک صفحه نمایش لمسی ۵ اینچی مجهز شده و می‌تواند از طریق WiFi تحت کنترل کامل باشد.
Cerambot Eazao & Delta
یک چاپگر دلتا است که از پایداری و سرعت بیشتری نسبت به چاپگرهای قبلی برخوردار است.
3DCeram Series
کمپانی 3DCeram بیش از ۱۵ سال در زمینه‌ی چاپ سه‌بعدی سرامیکی تخصص دارد. خدمات درخواستی، مشاوره مواد و ارائه چاپگرهای مخصوص سرامیکی در راستای فعالیت‌های این شرکت می‌باشد.
Lithoz CeraFab S Series
شرکت اتریشی Lithoz، پرینترهای سه‌بعدی سرامیک با کارایی بالا ارائه میدهد. چاپگرهای CeraFab مبتنی بر DLP هستند. این چاپگرها برای تولید قطعات با کیفیت بالا که در صنعت پزشکی و هوافضا مورد نیاز هستند مناسبند.
Tethon 3D Bison 1000
Bison 1000 با استفاده از رزین‌های سرامیکی قادر به پرینت سه‌بعدی سرامیک، شیشه-سرامیک و حتی سرامیک انعطاف‌پذیر است.
Admatic Admaflex 130 & 300
هدف این شرکت هلندی از ساخت پرینترهای سه‌بعدی سرامیک تولید قطعات در مقیاس بزرگ و حجم ساخت بالاست.
ExOne X1 160Pro
کمپانی تولید کننده‌ی ExOne به دلیل چاپگرهای سه‌بعدی که فلز چاپ می‌کنند شناخته شده‌اند. این چاپگرهای سه‌بعدی علاوه بر فلز، موادی چون آلومینا، کربن، ماسه‌ی طبیعی، کاربید سیلیکون و موادی که در صنایع پزشکی استفاده می‌شوند را هم چاپ می‌کند.
Voxeljet VX200 and VX1000
این کمپانی آلمانی دو چاپگر سه‌بعدی سرامیک صنعتی مبتنی بر فناوری binder jetting ارائه میدهد.
VX200 توانایی پردازش پلاستیک و سرامیک را دارد، در حالی که VX1000 می‌تواند پلاستیک، شن و ماسه و سرامیک را از قالب و هسته‌های متوسط برای ریخته‌گری فلز، به اجزای سرامیکی پردازش کند.
روش‌های پرینت سه‌بعدی سرامیک چیست؟ (?methods of 3D printing of ceramics)
Extrusion، Binder jetting، Powder Sintering، Photopolymerization
کاربرد پرینترهای سه‌بعدی سرامیک چیست؟ (?Application of ceramic 3D printers)
از جمله کاربردهای پرینتر سه‌بعدی سرامیک می‌توان به کاربرد آن در صنعت هوافضا، حملو نقل هوایی، خودرو، پزشکی، مهندسی برق و … اشاره کرد.
مزایای چاپگر سه‌بعدی سرامیک چیست؟ (?advantages of a ceramic 3D printer)
مقرون به صرفه از نظر هزینه و زمان، مقاوم در برابر اسید، گرما و سایش، عایق الکتریکی خوب، سازگار با محیط زیست